Te encuentras en el punto \(a\) del espacio \(xyz\), con coordenadas \(x_a,y_a,z_a\) …
… y conoces las distancias (\(d_1,d_2,d_3\)) que te separan de tres puntos conocidos, e igualmente conoces las posiciones de dichos puntos \((x_1,y_1,z_1),...,(x_4,y_4,z_4)\).
Pues resolviendo un sencillo sistema de ecuaciones, podrás determinar tu posición \(x_a,y_a,z_a\) en el espacio \(xyz\).
Según NovAtel (2015)
Hasta aquí todo bien, pero pero …
¿Y no que se necesitan 4 satélites para obtener una coordenada?
Veamos esquemáticamente con un ejemplo bidimensional:
Según NovAtel (2015)
Según NovAtel (2015)
Según NovAtel (2015)
Según NovAtel (2015)
Según NovAtel (2015)
Fuente: https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/GPS_Space_Segment
Fuente: Reid
(2017)
Según NovAtel (2015).
GPS = Global Positioning System, sistema de posicionamiento global, es una constelación actualmente.
GNSS = Global Navigation Satellite System, sistema de navegación global por satélite. Múltiples constelaciones existen hoy.
GPS. EUA, desde 70s, 27 satélites, ámbito global.
GLONASS=Global Navigation Satellite System (ГЛОНАСС=ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система). Rusia, desde 80s, 24 satélites, ámbito global.
Galileo=sistema europeo de radionavegación y posicionamiento por satélite. Unión Europea, desde 2011, 24 satélites operativos, ámbito global.
BeiDou=sistema de navegación por satélite (BDS=北斗卫星导航系统). China, desde 2000, 35 satélites en órbita, ámbito global.
IRNSS, QZSS. Constelaciones india y japonesa de ámbito local
Cada constelación tiene un número determinado de satélites, normalmente a más de 20,000 km sobre la superficie de la Tierra (nivel del mar como referencia).
Cada satélite transmite mensajes con, por lo menos, los siguientes mensajes: identidad (número/código identificador), hora precisa, órbita y estado.
Red de estaciones en tierra de los siguientes tipos:
Control maestro (ajuste de órbita; para GPS hay dos, una primaria y otra de respaldo).
Subida de información (4 estaciones en GPS).
Monitoreo (monitorean la señal y estado; 16 estaciones en GPS).
Consiste en el personal y equipamiento para recibir y procesar la señal de las constelaciones GNSS.
Es el segmento masivo.
En el contexto de los GNSS:
Frecuencia: Tasa de oscilación de la onda, determina velocidad y penetración de la señal.
Señal: onda electromagnética que transmite información.
Código: Datos binarios que modulan la señal para identificación y medición de distancia.
Son ondas con frecuencias mayores a las de la radiodifusión, pero inferiores a las del microondas.
La banda en la cual se encuentran se denomina “Banda L”, y algunos satélites de observación de la tierra que usan la tecnología de radar de apertura sintética usan esta banda.
Existe evidencia, al menos de laboratorio, de que podría existir interferencia entre señales emitidas por sensores activos de satélites SAR (e.g. ALOS-2) y las señañes de los sistemas GNSS.
Estas son las frecuencias del espectro electromagnético usadas por distintos vehículos satelitales GPS y GLONASS:
GPS (EE. UU.) (CDMA):
GLONASS (Rusia) (FDMA):
Estas son las frecuencias del espectro electromagnética usadas por distintos vehículos satelitales Galileo y BeiDou:
Galileo (UE):
BeiDou (China):
Fuente: NovAtel (2015)
Fuente: https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/GNSS_signal
\(\lambda = c/f\)
## Longitud de onda = 19.98616 cm
Fuente: https://ee3550-gps.weebly.com/transmission-of-gps-signals.html
Hay distintas formas de modulación: por amplitud, por frecuencia y por fase.
Los sistemas GNSS utilizan modulación por fase, específicamente BSFK binary phase shift keying.
Resistencia al ruido: Menos sensible a interferencias.
Eficiencia espectral: Mejor uso del espectro limitado.
Precisión: Mayor exactitud en tiempo y posición.
Integridad de señal: Correcciones de errores más efectivas.
Multiplexación: Facilita combinar múltiples señales.
Compatibilidad: Flexibilidad para actualizar o mejorar el sistema.
Fuente: https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/QAM
Una consecuencia de este método de modulación es que la señal GPS usa un “espectro ensanchado” para ocupar un ancho de banda mayor al necesario para la información que transmite.
Señales L1, L2, L5 tienen anchos de banda más grandes de lo que sus frecuencias centrales sugieren.
C/A ocupa 2.046 MHz, P(Y) en L1 abarca 20.46 MHz, y la futura L1C será de 4.092 MHz.
Fuente: Sickle (2015)
La tasa de todos los componentes de las señales del GPS son múltiplos de la tasa estándar (“fundamental”) de los osciladores.
La tasa estándar es de 10.23 MHz. Se conoce como la tasa de reloj fundamental y se simboliza como \(F_0\). Por ejemplo, las portadoras del GPS son \(154\times F_0\), o 1575.42 MHz, \(120\times F_0\), o 1227.60 MHz, y \(115\times F_0\), o 1176.45 MHz. Estas representan a L1, L2 y L5 respectivamente.
Fuente: Sickle (2015)
Fuente: https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/GNSS_signal
Fuente: NovAtel (2015)
Fuente: Sickle (2015)
Te encuentras en el punto \(a\) del espacio \(xyz\), con coordenadas \(x_a,y_a,z_a\) …
… y conoces las distancias (\(d_1,d_2,d_3\)) que te separan de tres puntos conocidos, e igualmente conoces las posiciones de dichos puntos \((x_1,y_1,z_1),...,(x_4,y_4,z_4)\).
Pues resolviendo un sencillo sistema de ecuaciones, podrás determinar tu posición \(x_a,y_a,z_a\) en el espacio \(xyz\).
Según NovAtel (2015)
Hasta aquí todo bien, pero pero …
¿Y no que se necesitan 4 satélites para obtener una coordenada?
Veamos esquemáticamente con un ejemplo bidimensional:
Según NovAtel (2015)
Según NovAtel (2015)
Según NovAtel (2015)
Según NovAtel (2015)
Según NovAtel (2015)